Znajdź zawartość

Inżynierowie IBM-a stworzyli najmniejszą w historii trójwymiarową mapę kuli ziemskiej. Jest ona tak mała, że na kryształku soli zmieściłoby się 1000 takich map. Naukowcom udało się to osiągnąć dzięki wykorzystaniu nowej przełomowej techniki. Do tworzenia wzorów użyli bowiem niewielkiego zaostrzonego kawałka krzemu, którego czubek był o 100 000 razy mniejszy od czubka zaostrzonego ołówka. Dzięki temu mogli uzyskać wzory o wielkości zaledwie 15 nanometrów. Nowa technika posłuży w przyszłości do taniego i prostego tworzenia obiektów przydatnych w elektronice, medycynie, biologii czy optoelektronice. Pracownicy IBM-a, chcąc zaprezentować możliwości nowej techniki, stworzyli m.in. replikę szczytu Matterhorn w skali 1:5 000 000 000. Trójwymiarowa góra wyrzeźbiona w szkle ma wysokość 25 nanometrów. Kolejnym ich osiągnięciem było wyrzeźbienie w polimerze mapy kuli ziemskiej o wymiarach 22x11 mikrometrów. Mapa składa się z 500 000 pikseli o powierzchni 20 nm2 każdy, a jej tworzenie zajęło jedynie 2 minuty 23 sekundy. Nowa technika pozwala też tworzyć obiekty dwuwymiarowe. By to udowodnić w krzemie wyrzeźbiono logo IBM-a, zagłębiając się przy tym w materiał na 400 nanometrów. Głównym elementem nowej techniki jest 500-nanometrowy kawałek zaostrzonego krzemu, którego czubek liczy kilka nanometrów szerokości. Ostrze jest podobne do tych używanych w mikroskopach sił atomowych. Umieszczono je na elastycznym ramieniu, które pozwala na skanowanie powierzchni z dokładnością 1 nanometra. Odpowiednia kombinacja siły i temperatury pozwala na rzeźbienie w materiale. Obecnie nowa technika pozwala na osiągnięcie rozdzielczości rzędu 15 nanometrów, niewykluczone jednak, że uda się ją udoskonalić i zwiększyć rozdzielczość. Już teraz ma ona olbrzymie zalety w porównaniu z tradycyjną litografią. Przede wszystkim wymaga użycia urządzeń o znacznie prostszej konstrukcji, dzięki czemu jest od 5 do 10 razy tańsza. Ponadto teoretycznie może oferować bardzo wysokie rozdzielczości. Tymczasem współczesne techniki litograficzne w miarę postępu technologicznego i zwiększania wymagań, sprawiają coraz więcej problemów z ich dostosowaniem do nowych technologii. Na potrzeby nowej techniki inżynierowie IBM-a zbadali też dwa nowe substraty, które mogą być przez nią wykorzystywane. Pierwszy to molekularne szkło, które pod koniec lat 90. ubiegłego wieku teoretycznie opracował Mitsuru Ueda z Yamagata University w Japonii i zaproponował użycie go jako fotorezystu. Zostało ono później wyprodukowane przez Chrisa Obera z Cornell University. Szkło takie składa się z molekuł podobnych do płatków śniegu. Każda z nich ma około nanometra średnicy i kształt sfery. Gdy wspomniane krzemowe ostrze zostanie rozgrzane do temperatury wyższej niż 330 stopni Celsjusza, dochodzi do przerwania wodorowych wiązań utrzymujących molekuły razem. Przez to molekuły zaczynają uciekać z powierzchni szkła, co pozwala na rzeźbienie trójwymiarowych obiektów. Drugi z materiałów to polimer PPA wynaleziony w latach 80. przez Hiroshi Ito. Również i w nim pod wpływem temperatury część materiału zostaje odparowana. Dochodzi przy tym do rodzaju "reakcji łańcuchowej", dzięki której tempo powstawania wzorów jest szybsze niż sam ruch krzemowego ostrza.

W Korei stworzono materiał, który może pozwolić na zbudowanie niezwykle gęstych pamięci typu Millipede, zdolnych do pracy w temperaturze pokojowej. Pamięci tego typu (pamięci macierzowe) zakładają wykorzystanie próbników rozgrzanych do bardzo wysokiej temperatury, za pomocą których dokonywany jest zapis i odczyt danych. Jednak rozgrzanie próbnika do 350 stopni Celsjusza, koniecznych do sprawnego wykorzystania polimeru, oznacza, że pamięci Millipede wymagają użycia dużych ilości energii. Zespół Jin Kon Kima z Uniwersytetu Pohang zastąpił ciepło "baroplastyką", używając twardego polimeru, który mięknie pod wpływem ciśnienia. Tego typu polimery uzyskano po raz pierwszy przed dziesięcioma laty. Miękły one pod ciśnieniem przekraczającym 300 barów. Teraz zespół Kon Kima opracował materiał mięknący już przy 60 barach. Koreańczycy udowodnili też, że ostrze mikroskopu sił atomowych jest w stanie swoim naciskiem pozostawić ślady na materiale. Ślady te mogą symbolizować 0 i 1, a odczyt danych może odbywać się za pomocą ostrza o znacznie mniejszym nacisku. David Wright, który jest koordynatorem Protem, europejskiego projektu badawczego nad pamięciami wykorzystującymi próbniki, zauważa, że osiągnięcia Koreańczyków rozwiązują problem wysokich temperatur, ale pojawia się inny kłopot. Nacisk wywierany na materiał jest dość duży, a więc ostrze będzie się szybko zużywało. Ostrze będzie musiało skanować wiele kilometrów materiału, a tymczasem typowe ostrze mikroskopu sił atomowych zużywa się po przeskanowaniu mniej niż metra - mówi Wright. Być może rozwiązaniem problemu byłoby zastosowanie techniki, nad którą pracuje Protem - czyli użycie dwuwarstwowego materiału z twardą kilkunanometrową warstwą wierzchnią i miękką warstwą poniżej.

Pakowanie prezentów to nie taka prosta sprawa. Niejedną osobę próby ładnego zagięcia papieru doprowadziły do rozpaczy. Na szczęście niewprawnym pakowaczom przyszli z pomocą naukowcy. Ustalili, jak najlepiej skręcić wstążeczkę. Według mądrości ludowej, mocniejsze skręty uzyskamy krótkim pociągnięciem noża lub nożyczek. Nic bardziej mylnego: lepiej to robić pewnie, ale wolno. Wtedy materiał ma więcej czasu na to, by "przyzwyczaić się" do swojego nowego kształtu — tłumaczy Buddhapriya Chakrabarti, fizyk z Uniwersytetu Harvarda. Wie, co mówi, bo jego zespół przetestował wszystkie metody skręcania wstążki, jakie tylko przyszły mu do głowy. Chciałem sprawdzić, czy powszechne wierzenie jest prawdziwe. Naukowiec zaczął prace od własnoręcznego rulowania wstęgi, szybko jednak stwierdził, że należałoby usystematyzować podejście i poprosić kogoś o pomoc. Ekipa opracowała specjalne urządzenie mechaniczne. Przymocowywano do niego grubą plastikową wstążkę, którą następnie przeciągano nad metalowym ostrzem. Wolny jej koniec obciążano, aby lepiej naprężyć materiał. Większość ludzi uważa, że wstążka skręci się mocniej, gdy mocno przyciskając ostrze do jej powierzchni, wykonamy szybki ruch. Eksperymenty wykazały coś zgoła odmiennego. Jeśli uda ci się utrzymać stałe naprężenie i wykonasz wolny ruch, wstążka bardziej się pozwija. Zwiększanie nacisku działa tylko do pewnego progu. Chakrabarti tłumaczy, że wstążka skręca się, ponieważ jej zewnętrzna warstwa rozciąga się bardziej niż warstwy wewnętrzne. Nawet jeśli posługujemy się nożyczkami, ani ich ostrza, ani powierzchnia wstążki nie są idealnie płaskie. Podczas przeprowadzania operacji nie naciskamy więc na materiał stale z taką samą siłą. Można próbować rozkładać wstążkę na płaskich powierzchniach, np. na stole, ale to niewiele zmieni. A przy okazji zniszczymy sobie meble. Wstęga powinna być napięta. W takiej sytuacji cząsteczki w materiale, z którego jest wykonana, odsuwają się od siebie. Przesuwając ostrze wolno, pozwalamy plastikowi przywyknąć do nowego kształtu (nie pozwalamy na powrót do uprzedniego stanu). Podobny manewr nie uda nam się na satynowej wstążeczce, ponieważ jest ona tkana i nie ma jednolitej powierzchni. Naciąganie nie zniszczy jej budowy.